14552 (Технологічне забезпечення відновлення дисків сошників зернових сівалок)

ТЕРНОПІЛЬСЬКИЙ державний технічний університет

імені Івана Пулюя

05.05.11 - машини і засоби механізації сільськогосподарського виробництва

Дисертація

на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Технологічне забезпечення відновлення дисків сошників зернових сівалок

Назар Ігор Богданович

УДК 631.33.024.2

Науковий керівник:

Палаш Володимир Миколайович

кандидат технічних наук, професор

Тернопіль - 2005

Зміст

Вступ

Розділ 1. Стан питання та завдання дослідження

1.1 Сучасний стан технічного обслуговування і ремонту машинного парку АПК України

1.2 Характеристика роботи дисків сошників зернових сівалок

1.2.1 Особливості конструкції та роботи сошників

1.2.2 Аналіз причин зношування дисків сошників

1.3 Існуючі способи ремонту дисків

1.3.1 Способи зміцнення поверхні дисків застосовуються винятково перед

1.3.2 Ремонт дисків при їх деформуванні, спрацюванні та жолобленні

1.3.3 Відновлення початкових розмірів у випадку, коли зовнішній діаметр диска не відповідає агротехнічним вимогам 7,391.4 Пріоритетні напрямки підвищення довговічності дисків з відновленням їх зовнішнього діаметра

1.5 Визначення залишкових напружень у диску

1.6 Мета та основні задачі досліджень

Висновки

Розділ 2. науково-технологічні передумови підвищення довговічності дисків

2.1 Моделювання оптимальних властивостей робочої ділянки диска з врахуванням особливостей умов їх експлуатації

2.2 Структурні перетворення при зварюванні сталі 65Г

2.3 Дослідження залишкових напружень в зварному з’єднанні виконаному коловим швом

2.4 Напружено-деформований стан із врахуванням конструкції диска

2.5 Функція поля пластичних деформацій при зварюванні сталі 65Г

Висновки

Розділ 3. Програма і Методика проведення досліджень

3.1 Моделювання властивостей дискової робочої ділянки

3.2 Технологія відновлення зовнішнього діаметра диска

3.3 Дослідження експлуатаційних властивостей відремонтованого диска

3.4 Методика визначення залишкового напруженого стану відремонтованого диска

3.5 Стендові та польові випробовування

Висновки

Розділ 4. Експериментальні дослідження довговічності відремонтованих дисків сошника

4.1 Зміцнення робочої ділянки відремонтованих дисків

4.2 Зносостійкість диска з врахуванням напружено-деформованого стану робочої ділянки

4.2.1 Залишковий напружено-деформований стан у диску

4.2.2 Зносостійкість диска

4.3 Жорсткість та втомна міцність відремонтованого диска

4.4 Стендові та польові випробовування дисків

4.5 Технологічний процес підвищення довговічності спрацьованих за зовнішнім діаметром дисків сошників зернових сівалок

4.6 Техніко-економічна ефективність технологічного процесу ремонту дисків

Висновки

Загальні висновки

Список використаних джерел

Додатки

Перелік умовних позначень, символів, скорочень і термінів

Вступ

Агропромисловий комплекс організаційно і технологічно пов'язаний із багатьма галузями національної економіки України. Створення сприятливих умов для його розвитку є одним із визначальних чинників виходу нашої держави на міжнародний рівень розвитку.

Інтенсифікація сільського господарства однією з найважливіших поставила проблему підвищення довговічності сільськогосподарської техніки, рівня технологічного обслуговування, зберігання та ремонту, при якому основними є витрати на запасні частини. Великі резерви у підвищенні ресурсу відремонтованих машин, значному скороченні запасних частин та економії суспільної праці є у розробці та створенні нових і економічно-ефективних способів відновленні деталей.

Згідно з даними Міністерства агропромислової політики України для закупівлі запасних частин та ремонтних матеріалів з метою підготовки сільськогосподарської техніки до польових робіт у 2002-2003р.р., а також на технічне її обслуговування було витрачено майже 1,5 млрд. гривень на рік. Ці витрати можна суттєво скоротити якісною організацією відновлення та ремонту зношених деталей та технічного сервісу забезпечивши довговічність, надійність відновлених деталей на рівні нових з витратами, що не перевищують 55-60% вартості нових.

До деталей, які потребують відновлення своїх розмірів та підвищення працездатності відносяться сталеві диски сошників зернових сівалок.

На даний час в Україні майже 95% посівів зернових припадає на сімейство сівалок типу СЗ 2, обладнаних переважно сошниками дискового типу. Невеликий термін технологічно допустимої роботи дисків обумовлений зношенням робочої поверхні до діаметра 320мм. після посівів на площі близько 1300га, все ж зумовлює необхідність виготовлення їх для запасних частин у великій кількості.

У зв'язку з цим проблема підвищення довговічності зношених дисків сошника є актуальною на сьогоднішній день. Важливість цього питання та застосування невідкладних заходів щодо його вирішення відмічено в Державних науково-технічних програмах.

Актуальність теми. Сучасний стан технічного забезпечення аграрного сектора України характеризується зменшенням на 16. .50% порівняно із 1991 роком кількості техніки та значним її старінням - 40. .60% відпрацювали свій амортизаційний термін.

Для відтворення матеріально-технічного парку агропромислового комплексу (АПК) на рівні технологічної потреби необхідно щорічно купувати машин і обладнання на суму понад 7. .8 млрд. грн. Крім того, підтримання матеріально-технічного парку (МТП) в працездатному стані потребує 1,2. .1,5 млрд. грн. на рік в основному на закупівлю запасних частин і ремонтних матеріалів [11].

Ситуація, що склалась з технічним забезпеченням, вимагає нових підходів до формування та реалізації технічної політики в сільському господарстві. Основними напрямками розвитку є:

1. забезпечення прибутковості у сільському господарстві;

2. розробка і впровадження енергоощадних технологій, нової техніки та обладнання;

3. формування та функціонування ринків матеріально-технічних ресурсів тощо. Головним же завданням є збереження, відновлення, ремонт та підтримання в роботоздатному стані наявного технічного потенціалу та ефективне його використання [12].

Серед великої кількості землеоброблювальної техніки, яка використовується для посіву сільськогосподарських культур, важливе місце займають зернові сівалки, робочими органами яких є диски сошника, виготовлені із сталі 65Г. В результаті абразивного спрацювання, ударних навантажень, а також хімічної дії ґрунту відбувається зношення робочої поверхні дисків, в результаті чого зменшується їх зовнішній діаметр. Згідно агротехнічних вимог, коли диск за діаметром спрацьований більше ніж на 25мм., він забраковується. Відносно невеликий термін експлуатації дисків (4. .5 років) викликає необхідність виготовлення їх у великій кількості.

На даний час агротехнічна галузь України щорічно потребує до 3 млн. нових дисків загальною вартістю близько 115 млн. грн. Для їх виготовлення необхідно майже 5,4 тис. т. листа із сталі 65Г. В зв’язку з цим, актуальним питанням є ремонт спрацьованих дисків із застосуванням таких способів, які забезпечують як відновлення їх геометричних розмірів так і високу зносостійкість. Серед таких процесів вагоме місце займають методи зварювання. Однак існуючі на даний час такі способи ремонту дисків є енергоємкими бо потребують застосування додаткових операцій підігрівання та термічного оброблення.

Разом з тим, за економічними розрахунками, собівартість відремонтованого диска сошника зернової сівалки порівняно із новим є меншою на 25-30%.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Робота виконувалась у відповідності до існуючих Державних науково-технічних програм: “Підвищення надійності та довговічності машин і конструкцій"; “Впровадження технологічних комплексів машин і обладнання для агропромислового комплексу на 1998-2005 рр. (П.3.11 12); Національна програма розвитку агропромислового виробництва і соціального відродження села на 1999-2010рр. за напрямком “Ресурсне оновлення виробництва на основі застосування сучасних організаційних та техніко-технологічних систем, організація матеріально-технічного постачання” та координаційного плану Комітету з питань науки і техніки України, розділу „Машинобудування” (позиція 43) „Високоефективні технологічні процеси в машинобудуванні" на 2000-2005 роки. .

Мета і задачі дослідження. Метою дисертаційної роботи є збільшення ресурсу роботи дисків сошників зернових сівалок шляхом ресурсозберігаючих технологій.

Для досягнення поставленої мети необхідно вирішити такі задачі:

виявити причини та особливості зношення дисків сошників зернової сівалки;

проаналізувати існуючі способи ремонту дисків та обґрунтувати доцільність відновлення їх зовнішнього діаметра зварюванням без застосування операцій попереднього підігріву та кінцевої термічної обробки;

визначити оптимальний хімічний склад та мікроструктуру шва для одержання необхідних фізико-механічних властивостей робочої ділянки, що забезпечує втомну міцність та абразивну зносостійкість відремонтованого диска;

дослідити вплив залишкових внутрішніх напружень на стійкість відремонтованого диска до абразивного зношення;

розробити математичну модель експериментально-розрахункового методу для визначення напружено-деформованого стану у відремонтованих за зовнішнім діаметром дисках, виготовлених із сталі 65Г;

провести стендові та польові випробування відновлених дисків;

визначити основні параметри технологічного процесу ремонту спрацьованих дисків сошників зернових сівалок із відновленням їхнього зовнішнього діаметра.

Об'єкт дослідження - диски сошників зернових сівалок.

Предмет дослідження - вплив фізико-механічних характеристик металу робочої ділянки на експлуатаційні властивості відремонтованих дисків.

Методи дослідження. Для досягнення мети та вирішення поставлених завдань в роботі використовувались такі методи: метод математичного планування та статистичної обробки; метод визначення зносостійкості сталі; металографічний і хімічний аналізи; методи оцінки деформаційного зміцнення та втомної міцності; метод електротензометрування; експериментально-розрахунковий метод визначення напружено-деформованого стану в диску; експериментальне дослідження дисків на стійкість до спрацювання.

Наукова новизна одержаних результатів полягає в тому, що:

обґрунтовано параметри та властивості ремонтного кільця в залежності від особливостей експлуатації сошників та процесу їх зношення.

встановлено зв’язок між хімічним складом зварювального порошкового дроту та фізико-механічними і експлуатаційними властивостями відремонтованих за зовнішнім діаметром дискових деталей при абразивному зношенні та втомному руйнуванні в умовах роботи посівної техніки.

встановлено оптимальні параметри пластичного деформування відремонтованої ділянки диска сошника, які зумовлюють релаксацію внутрішніх напружень розтягу та створення напружень стиску у робочій ділянці.

розроблена математична модель експериментально-розрахункового методу для визначення залишкового напружено-деформованого стану в тонколистових дискових деталях із сталі 65Г.

вперше запропонована функціональна залежність, що описує поле пластичних деформацій для випадку з’єднання обмеженої радіусом та з отвором пластини із сталі 65Г коловим швом.

Практичне значення одержаних результатів.

Розроблено інженерну методику розрахунку напруженого стану у тонколистових дискових деталях сільськогосподарських агрегатів. Теоретичні та практичні результати дисертаційних досліджень впроваджені в навчальний процес кафедри зварювального виробництва, діагностики та відновлення металоконструкцій Національного університету „Львівська політехніка”.

На підставі проведених лабораторних та польових випробувань встановлено, що відремонтовані диски мають необхідну стійкість до абразивного спрацювання при ресурсі їх роботи на рівні із новими дисками. Визначено оптимальні параметри технологічного процесу ремонту спрацьованих дисків сошників зернової сівалки шляхом відновлення їх зовнішнього діаметра. Отримано патент України №38536А "Спосіб відновлення спрацьованих дисків сільськогосподарської сівалки". Проведенням техніко-економічної оцінки ефективності процесу встановлено, що собівартість відремонтованого диска складає 45. .60% вартості нового, а технологічний процес ремонту прийнятий до впровадження у Львівській області в підприємстві ТзОВ АПП “Львівське”.

Особистий внесок здобувача. Основні результати, рішення, висновки та рекомендації, наведені в дисертаційній роботі, отримані автором самостійно. В опублікованих за результатами досліджень роботах дисертанту належить у [1] - розробка оптимального хімічного складу залізо-марганцевистого шва з аустенітною структурою та дослідження його впливу на експлуатаційні характеристики колового з'єднання диска із сталі 65Г; у [2] - визначення величини деформаційного зміцнення поверхні шва, яке має місце при пластичному деформуванні; у [3] - визначення основних параметрів технологічного процесу ремонту дисків, без застосування попереднього підігріву та кінцевої термічної обробки; у [4,5] - розробка та обґрунтування математичної моделі, що враховує особливості формування поля пластичних деформацій у відновлених зварюванням дисках сошників зернових сівалок.

Апробація результатів дисертації. Основні результати роботи доповідались та обговорювались на: 2-ій Міжнародній конференції у Львові "Механіка руйнування матеріалів і міцність конструкцій" (м. Львів, 1999р); 4-му 5-му, 6-му Міжнародних симпозіумах Українських інженерів-механіків у Львові” (м. Львів, 1999р., 2001р., 2003р., 2005р); 7-й Всеукраїнській науковій конференції “Сучасні проблеми прикладної математики та інформатики", (м. Львів, 2000р); 4-му Міжнародному симпозіумі “Механіка і фізика руйнування будівельних матеріалів та конструкцій" (м. Тернопіль, 2000р); 1-у науковому симпозіумі "Сучасні проблеми інженерної механіки" (м. Луцьк, 2000р); Міжнародній конференції "Сварные конструкции" (м. Київ, 2000р); Міжнародній науково-практичній конференції “Проблеми технічного сервісу сільськогосподарської техніки" (м. Харків, 2001р); 3-ій та 4-ій Міжнародній науково-практичній конференції "Проблеми конструювання, виробництва та експлуатації сільськогосподарської техніки" (м. Кіровоград, 2001р., 2003р); Українсько-польській конференції “САПР в машинобудуванні: проблеми навчання та впровадження” (м. Львів, 2002 р); 2-й Всеукраїнській науково-технічній конференції молодих учених та спеціалістів “Зварювання та суміжні технології” (м. Київ, 2003р); 1-й Міжнародній науково-технічній конференції “Машинобудування та металообробка - 2003” (м. Кіровоград, 2003р); 3-ій Міжнародній конференції „Механіка руйнування матеріалів і міцність конструкцій" (м. Львів, 2004р).